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1、第二章OSI层次模型,本章目标,通过本章的学习，您应该掌握以下内容:掌握OSI分层模型描述数据在源和目标设备间的传送过程清楚集线器、交换机和路由器在网络中担当的角色和功能；懂得在什么情况下该用什么样的设备,标准化组织ISO,ISO:国际标准化组织(International Organization for Standardization)OSI:开放系统互联(open system interconnection)20世纪70年代后期，ISO创建OSI参考模型，希望不同供应商的网络能够相互协同工作，但迄今为止，这仍然是一个伟大的目标！,家庭办公用户,移动办公 用户,因特网,公司分部,公司总部
2、,一：网络的基本概念,网络概述 是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源；网络是一个复杂的环境，它牵涉到多种媒体，多种协议.,计算机网络系统的组成,资源子网和通信子网 把计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合称为网络的通信子网，而把网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合称为资源子网。网络硬件 网络系统赖以存在的基础 网络软件挖掘网络潜力的工具,物理连接 协议 应用程序,设计，构建并维护一个网络是个具有挑战性的任务。即使是
3、一个仅包含50个路由节点的小型网络也可能导致后果不可预料的复杂问题更不用说拥有上千个节点的大型网络了。尽管设备的性能和传输介质的容量都提高了，但设计和构造一个网络仍是困难的。,宏观上看层次化的网络结构定义,分布层,核心层,访问层,端接设备到网络的接入点,访问层,访问层特性,访问层的汇接点路由数据分割广播域/多点传送域 介质转换安全性远程访问的接入点,分布层,分布层特性,核心层特性,高速传送数据对数据不作任何处理,核心层,二、OSI参考模型,什么是OSI参考模型 在计算机网络产生之初，每个计算机厂商都有一套自己的网络体系结构的概念，它们之间互不相容。为此，国际标准化组织（ISO Internat
4、ional Organization for Standardization）在年建立了一个分委员会来专门研究一种用于开放系统互联的体系结构(Open System Interconnection reference model)OSI/RM,简称OSI；“开放”这个词表示：只要遵循OSI标准，一个系统可以和位于世界上任何地方的、也遵循OSI标准的其他任何系统进行连接。它定义了连接异种计算机的标准框架。,分层（layering）,OSI模型为一种分层结构，通过这种结构，使得网络中不同计算机间相互交换信息的方式标准化。OSI将网络体系结构分为7层，各个层次包含了不同的网络活动和设备，以及相应的技
5、术接口，此外，各个层次还拥有独立的称之为协议的标准。协议：即网络中（包括互联网）传递、管理信息的一些规范。如同人与人之间相互交流是需要遵循一定的规矩一样，计算机之间的相互通信需要共同遵守一定的规则，这些规则就称为网络协议。网络模型使用分层来简化网络功能，通过层次的划分，简化了两台计算机之间相互通信所要完成的任务。,优点,开放式系统互连模型的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来：服务说明某一层为上一层提供一些什么功能，接口说明上一层如何使用下层的服务，而协议涉及如何实现本层的服务；这样各层之间具有很强的独立性，互连网络中各实体采用什么样的协议是没有限制的，只要向上提供相同的服务并
6、且不改变相邻层的接口就可以了。网络七层的划分也是为了使网络的不同功能模块（不同层次）分担起不同的职责，从而带来如下好处：(1)减轻问题的复杂程度，一旦网络发生故障，可迅速定位故障所处层次，便于查找和纠错；(2)在各层分别定义标准接口，使具备相同对等层的不同网络设备能实现互操作，各层之间则相对独立，一种高层协议可放在多种低层协议上运行；(3)便于研究和教学。,网络分层的优点,层 layer：描述了所有需求的有效的通讯过程，并把这些过程逻辑上的组叫做层。分层的优点：1.促进标准化工作,允许各个供应商进行开发.2.各层间相互独立,把网络操作分成低复杂性单元.3.灵活性好,某一层变化不会影响到别层，设
7、计者可专心设计和开发模块功能.4.各层间通过一个接口在相邻层上下通信,OSI模型概述,OSI 模式 概述,应用层(高),会话层,表示层,应用层,应用层（高层）高层的功能为处理用户接口、数据格式及应用访问。主要由操作系统实现,OSI 模式,数据流层,传输层,数据链路层,网络层,物理层,应用层(高),会话层,表示层,应用层,应用层（高层）高层的功能为处理用户接口、数据格式及应用访问。主要由操作系统实现,数据流层（低层）定义了数据如何在网络传输介质之间传送，及数据如何通过网线和网络设备传输到期望的终端,应用层作用,Telnet SMTPHTTP FTP,用户接口,例子,应用层,Telnet SMTP
8、HTTP FTP,ASCIIEBCDICJPEG,用户接口,数据表示加密等特殊处理过程,例子,表示层,应用层,应用层作用,TelnetHTTP,ASCIIEBCDICJPEG,保证不同应用间的数据区分,用户接口,数据表示加密等特殊处理过程,Operating System/Application Access Scheduling,例子,会话层,表示层,应用层,应用层作用,保证不同应用间的数据区分,用户接口,数据表示加密等特殊处理过程,传输层,数据链路层,网络层,物理层,例子,会话层,表示层,应用层,应用层作用,数据流层的作用,EIA/TIA-232V.35,例子,物理层,设备间接收或发送比特
9、流说明电压、线速和线缆等,802.3/802.2HDLC,EIA/TIA-232V.35,例子,数据流层的作用,数据链路层,物理层,将比特组合成字节进而组合成帧用MAC地址访问介质错误发现但不能纠正,设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等,802.3/802.2HDLC,EIA/TIA-232V.35,IPIPX,例子,数据流层的作用,网络层,数据链路层,物理层,将比特组合成字节进而组合成帧用MAC地址访问介质错误发现但不能纠正,设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等,提供路由器用来决定路径的逻辑寻址,TCPUDPSPX,802.3/802.2HDLC,EIA/TIA-232V.3
10、5,IPIPX,例子,数据流层的作用,传输层,数据链路层,物理层,可靠或不可靠的数据传输数据重传前的错误纠正,将比特组合成字节进而组合成帧用MAC地址访问介质错误发现但不能纠正,设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等,网络层,提供路由器用来决定路径的逻辑寻址,TCPUDPSPX,802.3/802.2HDLC,EIA/TIA-232V.35,IPIPX,表示层,应用层,会话层,例子,数据流层的作用,可靠或不可靠的数据传输数据重传前的错误纠正,将比特组合成字节进而组合成帧用MAC地址访问介质错误发现但不能纠正,设备间接收或发送比特流说明电压、线速和线缆等,传输层,数据链路层,物理层,网络层
11、,提供路由器用来决定路径的逻辑寻址,对等层通信,OSI参考模型描述了在不同计算机上应用程序的信息是如何同过网络介质传送的。对于一个给定的系统的各层，当要发送的信息逐层向下传送时，信息越往低层就越不同于人类的语言，而是计算机能够理解的“1”和“0”。每一层使用自己层的协议与其他系统的对等层相互通信。每一层的协议在与对等层之间交换的信息称为协议数据单元（PDU）,举例,主机B,主机A,比特流,数据帧,数据包,数据段,主机A发送信息给主机B。主机A的应用程序与主机A的应用层通信，主机A的应用层再与主机A的表示层通信，主机A的表示层再与主机A的会话层通信，等等，直到到达主机A的物理层。物理层把信息放到
12、网络物理介质上并把信息从网络物理介质上送走,信息在网络物理介质上传送并被主机B接收后，会以相反的方向向上通过主机B的各层（先是物理层，然后是数据链路层，等等），直到最终到达主机B的应用层,OSI参考模型的分层禁止了不同主机间的对等层之间的直接通信。因此主机A的每一层必须依靠主机A相邻提供的服务来与主机B的对应层通信。假设主机A的第四层必须与主机B的第四层通信，那么主机A的第四层就必须使用主机A的第三层所提供的服务。第三层通过一个服务接入点（SAP）给第四层提供服务，这些服务接入点使得第四层能要求第三层提供服务 使用相邻层服务的叫服务用户（service user）-第四层 提供相邻层服务的叫服
13、务提供者（service provider）-第三层,主机B的第四层怎么知道主机A第四层想要什么呢？,PDU,PDU（protocol data unit):每一层使用自己层的协议和别的系统的对应层相互通信，协议层的协议在对等层之间交换的信息叫协议数据单元。上层:messagetransport layer:segmentNetwork layer:packetData-link layer:FramePhysical layer:bit,封装与解封装,封装（encapsulate/encapsulation）：数据要通过网络进行传输，要从高层一层一层的向下传送，如果一个主机要传送数据到别的主
14、机，先把数据装到一个特殊协议报头中，这个过程叫-封装封装分为：切片和加控制信息解封装：上述的逆向过程,数据封装,OSI参考模型中每一层都依赖于它的下一层提供的服务功能。为了提供这些服务，低层使用封装把上层的PDU放入它的数据区域；然后，该层将会把它要使用的任何报头和报尾进行添加以执行它的功能,数据,数据,数据,网络层头,网络层头,帧报尾,帧报头,01010101010101,封装,封装,网络层给传输层提供一个服务，传输层把数据提交给网络层，网络层将数据封装在一个报头内。该报头包含了完成这个传输所要求的信息，例如：源和目地的逻辑地址。数据链路层也提供一个服务给网络层；它把网络层信息封装在一个帧内
15、。帧头包含了用来完成数据链路功能要求的信息，例如帧头包含了物理地址。物理层也给数据链路层提供服务：它把数据链路帧编码成能在介质中（通常是导线）传播的“1”和“0”模式,举例,设想：主机A想利用E-mail发送以下信息给主机B：“好久不见了，你还好吗？”数据封装会将此消息传送到合适的目的地，在数据封装过程中会经过以下5个转换步骤：步骤一：当用户发送一个消息时，它的字符转化为数据，从第七层向下传送到第五层，然后在网络上传输；步骤二：在第四层通过使用段，传输功能把数据进行打包使它能用于网络传输，并确保系统两端的消息主机能可靠通信；步骤三：数据在第三层被放入一个数据包（或数据报）中，它有一个包含有源和
16、目的逻辑地址的包头。然后，网络设备沿着一个选定的路径在网络上发送这些数据包。步骤四：每个网络设备在第二层必须把数据包放入一个帧。帧可以连接到同一链路上的一个直连的设备。在一个选定的网络路径上的每一个设备都要求用帧来连接下一个设备。步骤五：在第一层，帧必须转换成可以在介质（导线）中传送的“1”和“0”模式。时钟功能使得设备能区分在介质中传输的比特流。,上层数据,LLC 头+IP+TCP+上层数据,MAC 头,IP+TCP+上层数据,LLC 头,TCP+上层数据,IP 头,上层数据,TCP 头,0101110101001000010,传输层,数据链路层,物理层,网络层,表示层,应用层,会话层,封装
17、过程,LLC 头,IP 头,FCS,FCS,上层数据,LLC 头+IP+TCP+上层数据,MAC 头,IP+TCP+上层数据,LLC 头,TCP+上层数据,IP 头,上层数据,TCP 头,0101110101001000010,传输层,数据链路层,物理层,网络层,表示层,应用层,会话层,解封装过程,数据传输过程,定义介质类型连接器类型 信令类型带外信令带内信令,Ethernet,802.3,V.35,物理层,EIA/TIA-232,1、物理层功能,只负责0和1的传输，不清楚数据包的含义 代表设备：集线器,Ethernet/802.3的物理层,集线器,多个主机,主机,10Base2细缆以太网10
18、Base5粗缆以太网,10BaseT双绞线,物理层设备,集线器 中继器 编码解码器 传输介质连接器,A,B,C,D,物理层,所有设备在同一冲突域所有设备在同一广播域所有设备共享相同的带宽,集线器运行在物理层,冲突域（物理分段）：连接在同一导线上的所有工作站的集合，或者说是同一物理网段上所有节点的集合或以太网上竞争同一带宽的节点集合。这个域代表了冲突在其中发生并传播的区域，这个区域可以被认为是共享段。,冲突域 广播域,冲突（collision）：在以太网中，当两个节点同时传输数据时，从两个设备发出的帧将会碰撞，在物理介质上相遇，彼此数据都会被破坏冲突域（collision domain）一个支持
19、共享介质的网段广播域(broadcast domain)：广播帧传输的网络范围，一般是路由器来设定边界（因为router不转发广播）,集线器：同一个冲突域,接入设备越多冲突机率越大用CSMA/CD技术,CSMA/CD技术,载波侦听多路访问/冲突检测 CSMA/CD（carrier sense multiple access/collision detect)：一种介质访问的控制方法，当在同一个共享网络中的不同节点同时传送数据包时，不可避免的会产生冲突，而CSMA/CD机制就是用来解决这种冲突问题,CSMA/CD工作原理,当一个节点想在网络中发送数据时，它首先检查线路上是否有其他主机的信号在传送
20、：如果有，说明其他主机在发送数据，自己则利用退避算法等一会再试图发送；如果线路上没有其他主机的信号，自己就将数据发送出去，同时，不停的监听线路，以确信其他主机没有发送数据，如果检测到有其他信号，自己就发送一个JAM阻塞信号，通知网段上的其他节点停止发送数据，这时，其他节点也必须采用退避算法等一会再试图发送。,Ethernet(以太网)/802.3,Ethernet所有使用（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD）载波侦听多路访问/冲突检测的LAN，它通常符合包括IEEE 802.3在内的以太网规范。(IEEE
21、-美国电气与电子工程师学会),采用退避算法,CSMA/CD重要特性,使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率,定义源和目标的物理地址与帧关联的高层协议(Service Access Point)网络拓扑 帧顺序数据流控制有向或无向连接HDLC:同步，封装串行链路PPP:点对点协议,封装拨号的，支持同步/异步，多数异步传输,数据链路层,物理层,EIA/TIA-232v.35,Ethernet,Frame Relay,HDLC
22、,802.2,802.3,2、数据链路层功能,1、仲裁2、寻址3、差错检测4、帧标签,MAC子层,MAC子层（media access control):负责MAC寻址和定义介质访问控制方法MAC子层一般的访问控制方式：1。争用式：冲突不可避免；CSMA/CD；FCFS（first come first service)2。轮流式：访问时间可预见，不发生冲突；但是要有Token 令牌MAC子层协议有：802.3 802.5 FDDI（fiber distributed data interface)这三个LAN技术的不同在于帧结构和访问机制的不同,LLC子层,LLC子层（logical lin
23、k control):为上层协议提供SAP 服务访问点，并为数据加上控制信息LLC子层协议：802.2 802.2协议只在LLC子层，为以太网和令牌环网提供了通用功能,SAP服务访问点,SAP（Service Access Point服务访问点）：LLC子层为了网络层的各种协议提供服务，而上层可能运行不同协议，为区分不同上层协议的数据，要采用服务访问点,数据,源地址,FCS,长度,目标地址,可变长,2,6,6,4,0000.0C xx.xxxx,厂商自己分配,IEEE 分配,MAC子层-802.3,前导符,Ethernet II 在这里用“Type”指明上层协议，所以不用 802.2.,MAC
24、 地址,8,#字节,数据链路层功能(续),数据,目标 SAP,源 SAP,数据,源地址,FCS,长度,目标地址,可变长,1,1,802.2(SAP),MAC子层-802.3,Ctrl,1 or 2,3,2,前导符,数据,目标 SAPAA,源 SAPAA,可变长,1,1,802.2(SNAP),Ctrl03,1 or 2,OR,OUI ID,类型,数据链路层功能(续),每段有自己的冲突域所有的段都在同一广播域,数据链路层,或,1,2,3,1,2,交换机和桥运行在链路层,交换机,每段有自己的冲突域广播信息向所有段转发,缓冲区,交换,点对点传输定义与指定协议相关联的源和目标逻辑地址定义通过网络的路径
25、多链路连接分割数据包的大小,网络层,IP,IPX，AppleTalk,数据链路层,物理层,EIA/TIA-232v.35,Ethernet,帧中继,HDLC,802.2,802.3,3、网络层功能,数据,源地址,目标地址,IP,头,172.15.1.1,主机号,网络号,逻辑地址,网络层端接设备的数据包,网络层功能(续),11111111,11111111,00000000,00000000,10101100,00010000,01111010,11001100,二进制掩码,二进制地址,172.16.122.204 255.255.0.0,172,16,122,204,255,地址,掩码,255
26、,0,0,网络部分,主机部分,路由表,目标网络,端口,距离,1,2,4,S0,S0,E0,1,0,0,1.0,4.0,1.3,E0,4.3,S0,2.2,E0,2.1,S0,4.1,4.2,1.1,1.2,路由表,目标网络,端口,距离,1,2,4,E0,S0,S0,0,0,1,逻辑地址提供分层结构的网络需要的配置利用配置信息来识别到达目标网络的路径,网络层功能(续),路由器：运行在网络层,广播信息控制多点发送信息控制路径优化流量管制逻辑寻址提供WAN连接,路由器提供远程访问服务,因特网,家庭办公用户,分部,调制解调器 或 ISDN适配卡,移动用户,公司总部,区分不同的上层应用建立应用间的端到端
27、连接为数据传输提供可靠或不可靠的连接服务定义流量控制,网络层,IPX,IP,传输层,SPX,TCP,UDP,4、传输层功能,同步请求,回应同步请求,同步请求,回应同步请求,数据传输,(传输数据段),发送方,接收方,连接建立,可靠的传输层功能,OSI模型的意义,提供了网络间互连的参考模型 成为实际网络建模、设计的重要参考工具和理论依据 OSI/RM的思想为我们提供了进行网络设计与分析的方法（实际的网络几乎都是分层结构，功能分层，协议分层，只是根据实际需要，层次有多有少。模块化的结构便于同时开发、升级换代，维护管理）,OSI模型的缺陷,许多功能在多个层次重复，有冗余感（如流控，差错控制等）各层功能
28、分配不均匀（链路、网络层任务重，会话层任务轻）功能和服务定义复杂，很难产品化（实际应用中几乎没有完全按OSI七层模型设计的产品）,集线器,桥,交换机,路由器,冲突域,1 4 4 4,广播域,1 1 1 4,网络设备的域,附录：物理层中的一些标准,物理层的一些标准和协议早在OSI/TC97/C16 分技术委员会成立之前就已制定并在应用了,OSI也制定了一些标准并采用了一些已有的成果.ISO2110:称为“数据通信-25芯DTE/DCE接口连接器和插针分配”.它与EIA(美国电子工业协会)的“RS-232-C”基本兼容。ISO2593:称为“数据通信-34芯DTE/DCE-接口连接器和插针分配”。
29、ISO4092:称为“数据通信-37芯DTE/DEC-接口连接器和插针分配”.与EIARS-449兼容。CCITT V.24:称为数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备之间的接口电路定义表.其功能与EIARS-232-C及RS-449兼容于100序列线上.,附录：IEEE在802系列下创建的几个标准,本章总结,通过本章的学习，您应该掌握以下内容:掌握OSI层次模型各层的主要功能描述数据在源和目标设备间的传送过程清楚集线器、交换机和路由器在网络中担当的角色和功能；懂得在什么情况下该用什么样的设备,1.在网络环境下应用 OSI 模式有什么优点?2.描述数据封装的过程。3.集线器、交换机、路由器和广播域、冲突域?,问题回顾,
